| 专利名称： | 一种用于可更换电池电动汽车的续航里程计算方法 | ||
| 专利名称(英文)： | One kind is used in the replacement of the battery of the electric vehicle may be cruising mileage computation method | ||
| 专利号： | CN201610091786.1 | 申请时间： | 20160218 |
| 公开号： | CN105740567A | 公开时间： | 20160706 |
| 申请人： | 浙江大学 | ||
| 申请地址： | 310027 浙江省杭州市西湖区浙大路38号 | ||
| 发明人： | 李红; 杨国青; 段岳姣; 周会 | ||
| 分类号： | G06F17/50 | 主分类号： | G06F17/50 |
| 代理机构： | 杭州天勤知识产权代理有限公司 33224 | 代理人： | 胡红娟 |
| 摘要： | 本发明公开了一种用于可更换电池电动汽车的续航里程计算方法，该方法可以实现电动汽车更换电池时不会影响电动汽车向服务器传送参数的变化，也可以保证电池的更换对服务器的整个计算过程不会产生变更，从而达到了可更换电池的目的。同时，本发明方法整体是采用能量守恒的思路进行考虑的，与传统的仅仅考虑电池的放电曲线变化情况有着本质的区别，最后获得的结果也更为精确，解决了人们在使用电动汽车出行时因为对小车剩余续航里程不确定而产生的焦虑问题。 | ||
| 摘要(英文)： | This invention relates to a kind of which can be used for changing the cell electric vehicle mileage computation method for the traveling range of the vehicle, this method can be realized during the replacement of the battery of the electric vehicle will not influence electric automobile to the server the change of the transmission parameters, the replacement of the battery can be ensured throughout the calculation process of the server will not produce the change, so as to achieve the purpose of the battery can be replaced. At the same time, the method of the invention is the concept of using energy conservation of the is taken into consideration, with the traditional consider only changes the discharge curve of the battery there is a fundamental difference between the cases, the results of the final obtained is more accurate, solves the problem that people traveling of the electric automobile in use on the carriage when the determined remaining running mileage not generated the problem of anxiety. | ||
1.一种用于可更换电池电动汽车的续航里程计算方法，包括如下步骤： (1)收集大量关于电动汽车电池的使用数据，拟合出电池在不同使用状况 下的放电曲线模型； (2)对于待测算的电动汽车，利用传感器实时采集该车辆的速度、加速度、 倾角、重量、环境温度以及电池的输出电流；根据该车辆所采用电池的类型、 放电次数以及当前环境温度选取对应使用状况下的放电曲线模型，进而根据当 前电池的输出电流从该放电曲线模型中提取对应的放电曲线并计算出该车辆的 电池容量W； (3)计算本次行程起至当前时刻车辆电池的耗电量W'； (4)根据公式W*＝W-W'计算得到当前车辆电池的剩余电量W*，进而根据 该剩余电量W*并结合车辆的走势，测算出车辆的续航里程。
2.根据权利要求1所述的续航里程计算方法，其特征在于：每一种使用状 况均对应一组确定的使用状况信息即包括电池类型、环境温度以及电池放电次 数。
3.根据权利要求1所述的续航里程计算方法，其特征在于：所述的放电曲 线模型包含多条对应不同恒定电流的放电曲线，所述的放电曲线基于关系式 W＝I*T；其中：I为恒定电流，W为电池容量即满电时以恒定电流将电池放电至 安全电压限值所释放的总电量，T为放电时间即满电时以恒定电流将电池放电至 安全电压限值所花费的时间。
4.根据权利要求1所述的续航里程计算方法，其特征在于：所述车辆电池 的耗电量W'＝W1+W2+W3；其中：W1为本次行程起至当前时刻车辆所消耗的动 能量，W2为本次行程起至当前时刻车辆上所有用电设备所消耗的电能量，W1为本次行程起至当前时刻车辆上所有机械部件的损耗量。
5.根据权利要求4所述的续航里程计算方法，其特征在于：所述的电能量 W2根据车辆上各用电设备的额定功率以及在本次行程起至当前时刻各用电设备 的实际用电时间计算得到。
6.根据权利要求4所述的续航里程计算方法，其特征在于：所述的损耗量 W3表示本次行程起至当前时刻车辆上各机械部件所产生的损耗，其根据制造商 的经验值确定。
7.根据权利要求4所述的续航里程计算方法，其特征在于：所述动能量 W1的计算方法如下： 首先，通过以下公式计算车辆的实时功率P： P＝(ma+umgcosα+mgsinα)V 其中：V为车辆的速度，a为车辆的加速度，u为车与地面的摩擦系数，g为重 力加速度，α为车辆的倾角，m为车辆的重量； 然后，根据车辆的实时功率P计算出本次行程起至当前时刻车辆的平均功 率Pavg； 最后，根据公式W1＝PavgT1计算出本次行程起至当前时刻车辆所消耗的动 能；其中，T1为本次行程起至当前时刻的时长。
8.根据权利要求1所述的续航里程计算方法，其特征在于：所述的步骤(4) 中若本次行程起车辆电池非满电状态，则使本次行程起动时刻车辆电池的剩余 电量减去本次行程起至当前时刻车辆电池的耗电量W'，得到当前车辆电池的剩 余电量W*。
1.一种用于可更换电池电动汽车的续航里程计算方法，包括如下步骤： (1)收集大量关于电动汽车电池的使用数据，拟合出电池在不同使用状况 下的放电曲线模型； (2)对于待测算的电动汽车，利用传感器实时采集该车辆的速度、加速度、 倾角、重量、环境温度以及电池的输出电流；根据该车辆所采用电池的类型、 放电次数以及当前环境温度选取对应使用状况下的放电曲线模型，进而根据当 前电池的输出电流从该放电曲线模型中提取对应的放电曲线并计算出该车辆的 电池容量W； (3)计算本次行程起至当前时刻车辆电池的耗电量W'； (4)根据公式W*＝W-W'计算得到当前车辆电池的剩余电量W*，进而根据 该剩余电量W*并结合车辆的走势，测算出车辆的续航里程。
2.根据权利要求1所述的续航里程计算方法，其特征在于：每一种使用状 况均对应一组确定的使用状况信息即包括电池类型、环境温度以及电池放电次 数。
3.根据权利要求1所述的续航里程计算方法，其特征在于：所述的放电曲 线模型包含多条对应不同恒定电流的放电曲线，所述的放电曲线基于关系式 W＝I*T；其中：I为恒定电流，W为电池容量即满电时以恒定电流将电池放电至 安全电压限值所释放的总电量，T为放电时间即满电时以恒定电流将电池放电至 安全电压限值所花费的时间。
4.根据权利要求1所述的续航里程计算方法，其特征在于：所述车辆电池 的耗电量W'＝W1+W2+W3；其中：W1为本次行程起至当前时刻车辆所消耗的动 能量，W2为本次行程起至当前时刻车辆上所有用电设备所消耗的电能量，W1为本次行程起至当前时刻车辆上所有机械部件的损耗量。
5.根据权利要求4所述的续航里程计算方法，其特征在于：所述的电能量 W2根据车辆上各用电设备的额定功率以及在本次行程起至当前时刻各用电设备 的实际用电时间计算得到。
6.根据权利要求4所述的续航里程计算方法，其特征在于：所述的损耗量 W3表示本次行程起至当前时刻车辆上各机械部件所产生的损耗，其根据制造商 的经验值确定。
7.根据权利要求4所述的续航里程计算方法，其特征在于：所述动能量 W1的计算方法如下： 首先，通过以下公式计算车辆的实时功率P： P＝(ma+umgcosα+mgsinα)V 其中：V为车辆的速度，a为车辆的加速度，u为车与地面的摩擦系数，g为重 力加速度，α为车辆的倾角，m为车辆的重量； 然后，根据车辆的实时功率P计算出本次行程起至当前时刻车辆的平均功 率Pavg； 最后，根据公式W1＝PavgT1计算出本次行程起至当前时刻车辆所消耗的动 能；其中，T1为本次行程起至当前时刻的时长。
8.根据权利要求1所述的续航里程计算方法，其特征在于：所述的步骤(4) 中若本次行程起车辆电池非满电状态，则使本次行程起动时刻车辆电池的剩余 电量减去本次行程起至当前时刻车辆电池的耗电量W'，得到当前车辆电池的剩 余电量W*。
翻译：技术领域
本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及一种用于可更换电池电动汽车的 续航里程计算方法。
背景技术
随着道路堵塞状况严重，电动汽车受到越来越多消费者的欢迎。电动车价 格比传统汽车低，用于电动车充电的费用也比汽车加油的费用低；电动车灵活 小巧，在非机动车道行驶，一般不会遇到交通堵塞，也更容易找到停车位；电 动车没有尾气排放，无污染、便捷等等。然而由于无法确定剩余续航里程而导 致大家在上下班途中“意外”停留，也成为大家最终没有选择电动汽车的主要 参考因素之一。
目前，电动汽车续航里程的计算方法一般有两种方式：第一种方式是基于 电动车供应商提供的基本参数进行大致估算，如电压为48v，电容为10AH的电 池，功率为250W的电机：根据P＝UI，可以得到电池的电流为： I＝P/U＝250W/48V＝5.208A，然后根据电容就可以得到电动车的使用时间为 10AH/5.208＝1.92H，然后根据该车的时速就大致可以估算出该车的续航里程。 这种方式的问题在于计算结果不够精确，首先供应商提供的续航里程参数一般 为虚数，随着用户使用时间增加，电池的充放电次数增多，外界温度，路况等 因素的变化都会导致真实的结果与理想状况下的计算结果不一致，有时甚至相 差很大。第二种方式是基于大数据来模拟出电池的放电曲线情况，使用大量的 数据，根据电池放电过程中电流，电压的变化情况模拟出电池的变化曲线模型， 最后根据该模型就能得到电压电流为某个值的时刻下，对应的剩余电量值，从 而获得当前的剩余里程。这种方式可以实时当前的剩余里程，但往往是将电池 与电动汽车看成一个整体进行考虑的，没有考虑到电池更换问题，同时对用户 的开车习惯，外界环境等因素并未进行考虑，导致得到的值也并不够精确。
发明内容
针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种用于可更换电池 电动汽车的续航里程计算方法，可以实现电动汽车更换电池时不会影响电动汽 车向服务器传送参数的变化，也可以保证电池的更换对服务器的整个计算过程 不会产生变更，从而达到了可更换电池的目的。
一种用于可更换电池电动汽车的续航里程计算方法，包括如下步骤：
(1)收集大量关于电动汽车电池的使用数据，拟合出电池在不同使用状况 下的放电曲线模型；
(2)对于待测算的电动汽车，利用传感器实时采集该车辆的速度、加速度、 倾角、重量、环境温度以及电池的输出电流；根据该车辆所采用电池的类型、 放电次数以及当前环境温度选取对应使用状况下的放电曲线模型，进而根据当 前电池的输出电流从该放电曲线模型中提取对应的放电曲线并计算出该车辆的 电池容量W；
(3)计算本次行程起至当前时刻车辆电池的耗电量W'；
(4)根据公式W*＝W-W'计算得到当前车辆电池的剩余电量W*，进而根据 该剩余电量W*并结合车辆的走势，测算出车辆的续航里程。
每一种使用状况均对应一组确定的使用状况信息即包括电池类型、环境温 度以及电池放电次数。
所述的放电曲线模型包含多条对应不同恒定电流的放电曲线，所述的放电 曲线基于关系式W＝I*T；其中：I为恒定电流，W为电池容量即满电时以恒定 电流将电池放电至安全电压限值所释放的总电量，T为放电时间即满电时以恒定 电流将电池放电至安全电压限值所花费的时间。
所述车辆电池的耗电量W'＝W1+W2+W3；其中：W1为本次行程起至当前时 刻车辆所消耗的动能量，W2为本次行程起至当前时刻车辆上所有用电设备所消 耗的电能量，W1为本次行程起至当前时刻车辆上所有机械部件的损耗量。
所述的电能量W2根据车辆上各用电设备的额定功率以及在本次行程起至 当前时刻各用电设备的实际用电时间计算得到。
所述的损耗量W3表示本次行程起至当前时刻车辆上各机械部件所产生的 损耗，其根据制造商的经验值确定。
所述动能量W1的计算方法如下：
首先，通过以下公式计算车辆的实时功率P：
P＝(ma+umgcosα+mgsinα)V
其中：V为车辆的速度，a为车辆的加速度，u为车与地面的摩擦系数，g为重 力加速度，α为车辆的倾角，m为车辆的重量；
然后，根据车辆的实时功率P计算出本次行程起至当前时刻车辆的平均功 率Pavg；
最后，根据公式W1＝PavgT1计算出本次行程起至当前时刻车辆所消耗的动 能；其中，T1为本次行程起至当前时刻的时长。
所述的步骤(4)中若本次行程起车辆电池非满电状态，则使本次行程起动 时刻车辆电池的剩余电量减去本次行程起至当前时刻车辆电池的耗电量W'，得 到当前车辆电池的剩余电量W*。
本发明电动汽车续航里程计算方法可以实现电动汽车更换电池时不会影响 电动汽车向服务器传送参数的变化，也可以保证电池的更换对服务器的整个计 算过程不会产生变更，从而达到了可更换电池的目的。同时，本发明方法整体 是采用能量守恒的思路进行考虑的，与传统的仅仅考虑电池的放电曲线变化情 况有着本质的区别，最后获得的结果也更为精确，解决了人们在使用电动汽车 出行时因为对小车剩余续航里程不确定而产生的焦虑问题。
附图说明
图1为本发明电动汽车续航里程计算方法的系统实现框图。
图2为电池放电曲线模型示意图。
图3为电动汽车在上坡过程中的受力分析示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技 术方案进行详细说明。
本发明电动汽车续航里程计算方法，主要是为了实时向用户提供电动汽车 当前剩余续航里程，其具体实现如图1所示：
(1)基于互联网对电动汽车的数据进行采集，使用UDP协议，传送数据。
电动汽车VCU首先通过互联网与服务器建立UDP连接(此处使用UDP连 接，主要是为了减少服务器保持连接所耗费的资源)，然后当用户开车时，VCU 以每隔2秒的速度实时向服务器发送报文，其中包括电池的温度电流电压、电 池类型、电池的放电次数、当前车辆所处倾角、车辆重量等，服务器对接收到 的报文进行解析，将对应的信息存储到数据库中。
(2)根据不同的电池类型，分别拟合出它们在低温，常温，高温情况下该 电池在各次放电时的放电曲线。
为了获得电池的放电曲线模型，在电动汽车上安装温度传感器用来检测当 前电池的温度；电池在充电放电时，会对电池衰减造成影响，所以根据电池的 状态，记录下该电池在处于充电状态的次数，同时为了避免这个数据的不精确 性，将会采用相应的策略进行处理。在实际情况下电池的放电次数计算需要考 虑到一些情景，如用户在一次充电完成后，开车后只放了一小部分电，就进行 下一次的充电，这种情况下电池的放电次数应该根据具体情况来判断是否进行 增加，可以设定为：当放电量达到总能量的80％时，下一次充电后，电池的能 量在80％以上，充电次数才加一，其他情况下充电次数并不往上加一。根据温 度将数据分为三类：如低温(表示15℃以下)，常温(15～27℃)，高温(27℃以上)。
将温度，电流，电压作为输入，用SVM分类器拟合出电池电量的曲线模型。 不同情况下模拟的曲线模型大致如图2所示，在模型中z(0～100)表示的是电量， x(35～55)表示的是电压，y(0～20)表示的电流；其中曲线模型的电池电量初始值为 电池容量，电池容量的计算公式如下：
C＝I*T
其中：C表示电池容量，I表示恒定电流，T表示放电时间。电池容量被定义为： 用恒定的电流把电池放电至设定的电压所给出的电量，所谓设定的电压是指终 止电压，即放电时电池电压下降到不至于造成损坏的最低限度值。
仅从电池相关的参数来考虑电池放电曲线，并没有涉及到任何与车辆相关 的具体信息，这么做主要是为了在电动汽车更换电池时放电曲线计算过程不会 对接下来续航里程的计算造成影响。
(3)计算电动汽车损耗的电池能量。电动汽车损耗电池能量的部分主要分 为三块：一部分是由于电动汽车行走过程中产生的；第二部分是由于电动汽车 里的某些部件(如灯，雨刷等)的开启产生的；最后一部分是由于电动汽车随 着时间的迁移，各个部件的损耗，这个一般是根据供应商提供的经验参数值采 集而来。本实施方式主要是考虑前两部分情况下能量的损耗。
电动汽车在行走过程中会消耗一部分能量。该能量的消耗可以通过车速， 加速度，路况，车辆重量进行计算的。根据电动汽车在上坡的过程中，在沿着 道路方向受到了三个力的作用进行分析：由重力导致的沿道路向下的力 mg*sinα、车与道路之间的摩擦力umg*cosα以及汽车向上运行的牵引力F，这与 汽车的加速度有关，而加速度是由电池与电动机通过转化装置获得的。因此汽 车在行走过程中的总功率为P＝FV，然后根据时间，就能得到消耗的能量W＝PT。
从力学的角度分析电动车的受力情况，如图3所示：计算出在过去一段时 间内(如5分钟)电动汽车的平均功率，下面表示的为电动汽车在某个时刻的功率：
W1＝(F合力)*V*T＝(F牵引+F摩擦+mgsinα)*V*T＝(ma+umgcosα+mgsinα)*V*T 其中：P表示电动汽车某个时刻的功率，F牵引表示电动车在运动过程中给他所受 到的牵引力，F摩擦表示电动车与地面接触时相互作用时产出的力，u表示摩擦系 数，α表示斜坡与地面的倾角，mgsinα表示电动车在上下坡时重力沿斜坡方向对 小车作用的力，T表示电动车运行的时间，a为车辆加速度，m为车辆重量。
电动汽车上的某些部件的工作也会消耗一部分能量。如转向灯，雨刮器等， 所以首先统计这些部件的功率，然后在电动汽车运行过程中向服务器发送每个 时刻下这些部件的状态，以便于服务器统计每个部件的工作时间，最后根据 W＝PT统计和值，最终获得所有部件消耗的总能量，具体公式表达如下：
W2＝P1*△t1+P2*△t2+P3*△t3+...
其中：Pi指电动汽车上的某个会消耗电池能量的部件，它包含有灯，雨刷，音 响等，△ti表示i部件使用的时间。
由上述公式可以确定整个电池的损耗W＝W1+W2+W3，其中W3表示的是 电动汽车上的各个部件随着时间而产生的损耗，一般根据制造商的经验值获得， 可能为总容量的5％～10％。
(4)根据电池的容量和消耗的总容量得到电池的剩余容量。
VCU向服务器发送实时信息，服务器收到报文后，根据电池的放电曲线和 电动汽车在行走过程以及其他部件消耗的能量，通过下式将电池的能量与消耗 的能量相减，得到电池剩余的能量。
W剩＝W总-W
其中：W剩指的是电池的剩余电量，W总表示的是电池的容量，W表示上面所求 的电池的损耗量。
当客户端向服务器发送请求后，服务器根据电池剩余的能量以及车速的走 势计算出剩余续航里程，并将结果及时反馈给APP进行显示，供用户参考。
本实施方式通过无连接的UDP将大量的电动汽车与服务器连接起来进行通 信，VCU实时发送其相关信息，服务器将获得的信息进行存储后，先对电池进 行分析计算，然后针对具体车辆的情况结合电池放电曲线进行分析计算，最终 得到剩余续航里程，并将结果反馈给用户客户端。
上述的对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用 本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改， 并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此， 本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做 出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
